新型无井道双立柱电梯纵向振动特性分析

针对传统的曳引式电梯占用空间大、土建要求高、对一楼用户遮挡光线多、费用高等缺点,提出一种新型无井道双立柱电梯结构。为确保该新型电梯运行的安全性及舒适性,考虑双立柱的刚度及曳引绳刚度具有时变特性,建立该电梯的纵向振动模型。根据牛顿第二定律,建立多自由度运动微分方程。求解微分方程组得出系统的固有频率和谐波响应,探讨了该电梯在不同承载质量、轿厢处于不同位置时各阶固有频率的变化规律及振动响应幅值随激振频率的变化规律。研究结果表明,该模型能很好地预测电梯在谐波激励下的动力学特性,为电梯的动态特性优化、减振降噪、故障诊断等提供了依据。

考虑桩身横向惯性效应和桩周土竖向支承作用的楔形管桩纵向振动特性

该文研究考虑桩身横向惯性效应和桩周土竖向支承作用的楔形管桩纵向振动特性。首先,根据楔形管桩特殊的桩身结构和桩周土的成层性,将桩-土系统沿纵向划分为若干微元段,采用Voigt体模型模拟桩周土对楔形管桩桩段的竖向支承作用;基于考虑土体竖向波动效应的三维轴对称模型建立桩周土纵向振动控制方程并求解,得到桩-土之间的侧摩阻力;然后,基于Rayleigh-Love杆模型建立桩的纵向振动控制方程以考虑其横向惯性效应,求解桩的振动控制方程并结合Laplace变换和阻抗函数递推,得到考虑桩周土竖向支承作用的桩顶复阻抗和速度导纳解析解,进一步地,通过卷积定理和Fourier逆变换得到桩顶时域响应半解析解;最后,通过与已有解的对比验证了该文解的合理性,并通过参数分析的方法研究了桩身横向惯性效应、桩周土竖向支承作用及桩身参数对桩顶动力特性的影响。

推进轴系纵向振动负刚度动力吸振器试验研究

[目的]针对推进轴系一阶纵向振动控制难题,采用碟簧负刚度动力吸振器进行振动控制并进行试验验证。[方法]建立推进轴系纵向振动负刚度动力吸振器试验台架,根据所需控制的轴系一阶纵振模态,设计并研制负刚度动力吸振推力轴承,然后开展不同转速、不同静推力、不同负刚度下的振动传递试验,从而获得推力轴承基座和轴系上的振动加速度响应数据。[结果]结果显示,所研制的负刚度动力吸振推力轴承能以1.6%的吸振器质量使轴承座上一阶纵振轴系的振动响应下降7.8 dB;在轴系固有频率变化5%、静推力变化40%的情况下,负刚度动力吸振器仍能保证3.3 dB的控制效果;在非最优负刚度下,不会恶化轴系和轴承座的振动响应。[结论]研究表明负刚度动力吸振可有效抑制不同转速下轴系一阶纵振处的振动传递。

电磁轴承支承的船舶推进轴系纵向振动变刚度控制方法研究

船舶推进轴系纵向非定常激励激发壳体结构振动和辐射噪声,严重影响航行隐蔽性。针对这一问题,结合电磁轴承支承特性主动可控优势,首先提出了一种采用电磁轴承支承的推进轴系结构,然后推导了含推力电磁轴承结构及控制参数的轴系纵向振动频率方程,最后提出了一种基于纵向激励频率的变刚度控制方法。仿真结果表明,在推力电磁轴承可变等效刚度范围内,增大控制器比例系数,可有效提高轴系一阶纵向固有频率,对高阶纵向固有频率影响不大;轴系在不同转速下工作时可以选用不同比例系数,实时调节轴系纵向振动传递特性,有效减小纵向激励向壳体传递。

基于钢丝绳张紧轮的矿井摩擦提升系统纵向振动主动控制

针对落地式摩擦提升机运行过程中产生的纵向振动问题,提出了基于液压张紧轮的纵向振动主动控制方案,该方案将液压张紧轮水平布置在上天轮下方,使得张紧轮输出力垂直于提升钢丝绳,通过控制液压缸输出力改变张紧轮位置以调整钢丝绳张力和系统虚功,从而抵消系统冲击能量,继而减弱系统纵向冲击与振动,使系统快速趋于稳定,并通过增设固定张紧轮调整输出力带来的钢丝绳水平偏移。基于广义Hamilton原理建立了含液压张紧轮的摩擦式矿井提升系统分布式参数模型,依据李雅普诺夫第二稳定性原理设计了一类状态控制器,并通过试验验证了无控制状态下系统分布式参数模型的准确性。以下放工况为例在MATLAB中进行了控制仿真,结果表明基于液压张紧轮的纵向主动控制方案是可行的,且具有良好的减振效果,尤其对于停车制动后的纵向振动抑制效果非常突出;状态控制可将停车阶段产生的最大振动加速度从原始系统的2.59 m/s^(2)降低至1.6 m/s^(2),减幅达到38.22%,收敛至稳定仅耗时0.9 s;作为对比设计的PD控制仅仅将停车阶段的最大纵向振动加速度减小至2.3 m/s^(2),衰减幅度为11.20%,收敛至稳定耗时2.2 s。相较于传统浮动天轮主动控制方案,液压张紧轮减少了执行器高输出负载比。

高速带式输送机纵向振动作用下驱动滚筒辐板间距影响分析

采用Recurdyn多体动力学仿真软件对高速带式输送机进行仿真计算,得出带式输送机运行过程中驱动滚筒所受纵向振动载荷谱;利用Workbench软件对驱动滚筒进行参数化建模、网格划分、固定约束以及载荷谱施加,分析Harrision正弦速度启动方式下驱动滚筒的特性;改变滚筒辐板间距,分析不同辐板间距下驱动滚筒的力学特性。研究发现适量增大辐板间距可以有效降低滚筒所受最大应力,但辐板间距过大会使筒壳所受应力增大,在驱动滚筒设计时应综合考虑滚筒各部位的疲劳强度,选取合适的辐板间距;分别给出辐板间距与滚筒最大应力、辐板间距与筒壳最大应力的拟合曲线以及拟合公式,为带式输送机驱动滚筒的工程设计提供参考意义。

基于非局部理论的土中桩基纵向振动特性分析

为了考虑土体孔隙动应力、孔隙尺度和土体颗粒大小等因素的影响,在Eringen提出的非局部理论的基础上,结合土动力学理论,建立了基于非局部理论的土体振动控制方程。将桩-土之间的动力相互作用等效为动力Winkler弹簧-阻尼器,忽略桩周土体的径向位移和环向位移,运用Novak薄层法,考虑土体无穷远处和桩-土接触面处的边界条件,得到了桩周土体纵向振动的解析解以及动力Winkler弹簧-阻尼器的刚度系数和阻尼系数。在基于非局部理论土体纵向振动研究的基础上,建立了桩基的纵向振动控制方程,根据桩端边界条件求解了桩基的纵向振动问题,给出了桩顶复刚度和导纳的解析解。通过数值算例分析了非局部效应、桩基长径比和桩土模量比对考虑非局部效应的土中桩基纵向振动的影响规律。数值分析结果表明:简谐荷载作用下,考虑非局部效应的桩-土系统同样存在共振现象;在高频时,非局部效应对桩基纵向振动的影响不能忽略;桩土长径比和桩土模量比的影响较大,桩基几何尺寸是桩基抗震设计需要重点关注的因素,可以通过改变桩身混凝土弹性模量或者对土体进行夯实等措施来改善桩基的振动。

考虑横向惯性效应时楔形桩纵向振动阻抗研究

基于Rayleigh-Love杆模型,研究考虑横向惯性效应时成层土中楔形桩的纵向振动问题。首先,根据桩周土的成层性并考虑楔形桩的变截面特性,将桩土系统沿纵向划分为有限个微元段。然后,运用Laplace变换技术和阻抗函数递推方法,在平面应变条件下推导得到成层土中楔形桩纵向振动时桩顶复阻抗的解析解。最后,采用参数研究方法,在低频范围内分析楔形桩设计参数对桩顶复阻抗的影响,并将同体积时的楔形桩与均匀截面桩的桩顶复阻抗进行对比。结果表明:(1)楔形桩其他设计参数不变时,动阻尼随着楔角的增大而增大,动刚度也随着楔角的增大而增大,但增大的幅度会随着频率的增大而逐渐减小;(2)楔形桩其他设计参数不变时,动刚度随着桩长的增大而减小,动阻尼随着桩长的增大而增大;(3)对等体积的楔形桩与均匀截面桩,当桩长相同时,楔角越大,动刚度越小,动阻尼越大;当桩端截面积相同时,楔角越大,动刚度越大,动阻尼先增大再减小。

饱和土中端承桩纵向振动特性研究

基于饱和多孔介质理论研究了三维轴对称条件下端承桩在饱和土中的纵向耦合振动,首先通过引入势函数对Biot动力固结方程解耦,采用算子分解方法及分离变量法求得饱和土层振动解,进而利用桩土完全耦合条件得到桩土系统定解,然后对桩顶的频率和时域响应进行参数研究,结果表明,桩的长径比和桩土模量比对桩顶动力响应有较大影响,而渗透力对其影响较小,最后将幅频及时域反射波理论拟合结果与桩基实测结果加以对比,结果表明理论曲线与实测曲线规律一致。

钻柱纵向振动分析与应用

利用钻柱纵向振动数学模型,分析了钻柱轴向应力振幅分布曲线和钻柱中最大轴向应力幅频曲线的特征以及钻井液粘度、激励位移和减振器位置对钻杆中最大轴向应力振幅的影响。分析表明:钻柱中轴向应力振幅沿纵向呈波状分布,其最大值在钻柱底部或钻杆中;钻杆中的最大轴向应力振幅随转速的变化曲线呈凹坑形,为了保护钻柱,应该选择凹坑中间的转速带;钻杆中的最大轴向应力振幅和钻柱底部的轴向应力振幅随转速的变化趋势并不完全一致,以后者作为判断钻柱是否共振和优选转速的指标不够准确,而应以前者作为该指标;钻杆中的最大轴向应力振幅与激励位移大致成正比;钻井液粘度越高,钻杆中的最大轴向应力振幅越小;减振器位置可以改变钻柱纵振系统的固有频率,从保护钻柱角度考虑,低转速时,减振器应紧靠钻头安装,高转速时,减振器应与钻头保持一定距离;通过优选钻具组合和转速,防止钻柱共振是预防钻具失效的有效措施。

直井眼钟摆钻具纵向振动特性的实验研究

为了了解直井眼中底部钻柱的纵向振动特性,利用根据相似理论设计出的钻柱动力学模拟试验装置,对不同参数组合下的钟摆钻具组合纵向振动特性进行了模拟实验研究。实验结果表明,钻柱的纵向振动主要与转速和钻压有关。转速一定时,提高钻压有利于减轻钻柱纵向振动;钻压一定时,降低转速有利于减轻钻柱的纵向振动;当对钻具施加的名义钻压一定时,随着转速的增加,平均钻压有减小的趋势。另外,在减小直井底部钻柱纵向振动的问题上存在钻压与转速的优化组合。

楔形桩桩顶纵向振动阻抗的解析解

针对成层地基中楔形桩的纵向振动问题,采用平面应变模型模拟桩侧土,并根据桩侧土的成层性及考虑楔形桩的变截面特性,将桩土系统划分为有限个微元段,运用Laplace变换技术和阻抗函数递推方法,求得了楔形桩纵向振动情况下桩顶复阻抗的解析解,并讨论了楔角对楔形桩桩顶复阻抗的影响。结果表明,动刚度曲线和动阻尼曲线的共振峰幅值均随楔角的增大而变大;当其他参数不变仅桩长变化时,动刚度曲线的共振峰幅值随桩长增大而变小,动阻尼曲线的共振峰幅值随桩长增大而变大;当其他参数不变仅桩端截面半径变化时,动刚度曲线和动阻尼曲线的共振峰幅值随桩端截面半径增大而变大。

集中质量边界条件下声子晶体杆的纵向振动传递特性研究

为分析集中质量边界下声子晶体杆的纵向振动传递特性,建立了树脂杆、铝杆及"树脂+铝"声子晶体杆模型,计算了0～50 kHz范围内自由边界和集中质量边界两类情况下三种杆的振动传递率,并进一步分析了集中质量大小对传递率的影响。分析结果表明:自由边界下树脂杆和铝杆均无减振性能,而声子晶体杆则呈现出3个明显的带隙;集中质量边界下树脂杆和铝杆能够在较宽的频带内抑制振动的传递,但其传递率曲线存在很多共振峰,不利于减振,而声子晶体杆的带隙在此边界下仍能显著抑制振动的传递,从而明显改善了减振性能,但集中质量可能引入强烈的共振峰;随着集中质量的增加,三种杆的减振性能进一步提高。

静钻根植竹节桩纵向振动特性及应用研究

针对"静钻根植竹节桩"这一新桩型的特点,建立考虑桩周土径向和竖向非均质的桩体纵向振动定解问题.采用阻抗函数递推方法,结合拉氏变换对定解问题进行求解,得到桩顶阻抗函数.利用卷积定理和傅里叶逆变换,求得任意激振力作用下桩顶速度响应的半解析解.通过比较低频范围内桩顶复刚度响应曲线和时域内桩顶速度响应曲线,分析竹节长度和竹节半径、桩周扩底高度和扩底半径、浆液配比及桩周水泥土硬化的时效性和搅拌均匀性等因素对桩顶动力响应的影响,揭示这一新桩型的动力特性.将理论计算曲线与现场实测曲线进行拟合对比.结果表明:理论计算曲线与现场实测曲线较为吻合,采用所建立的模型能够较好地反映静钻根植竹节桩的实际动力特性.

钢丝绳在箕斗装载过程中的纵向振动行为研究

以矿井提升装载过程中的箕斗和钢丝绳为研究对象,建立了变质量箕斗的运动微分方程及钢丝绳的纵向振动微分方程.通过振型叠加和数值计算,分析了装载过程中钢丝绳的动位移、速度、动张力和末端载荷.结果表明:随着下落煤流量和速度的减小,动位移、动张力、速度以波动形式衰减且速度衰减明显,末端载荷以波动形式增加;装载前的初始值对波动幅值具有较大的影响;波动的频率随着装载进行而减小.装载时,采用适当的初始值及下落煤流量能够减小钢丝绳纵向振动幅度,有助于测得的载荷较准确地反映箕斗及煤的重量.

导线对输电塔体系纵向振动的影响界限及简化抗震计算方法

根据作者提出的纵向振动时高压输电塔体系的简化抗震计算模型 ,导出了一般振动方程 ,编制了高压输电塔体系抗震计算考虑导线影响的计算程序。经大量的输电塔体系地震反应分析 ,得出了导线的影响随跨度的增加而增大的结论。分析结果表明 ,按现行《电力设施抗震设施规范》设计的大跨越输电塔体系在强震作用下是偏于不安全的。最后 ,给出了输电塔体系纵向振动时考虑导线影响的界限 ,提出了输电塔 -导线体系纵向振动的简化抗震计算方法。

考虑土体三维波动效应的现浇大直径管桩纵向振动响应解析解

考虑土体三维波动效应和桩–土耦合振动,把桩看作一维杆,把土体看作三维轴对称黏弹性介质,对黏弹性地基中现浇大直径管桩纵向振动频域特性进行了理论研究。首先通过引入势函数对土体振动方程解耦,采用Laplace变换和分离变量的方法求得了桩周土及桩芯土频域响应解析解,进而利用桩土完全耦合的条件得到桩振动响应解。将所得解完全退化到实心桩的解,验证了解析解的合理性,并与未考虑三维效应的简化解对比。分析了桩底刚度系数、桩长以及桩径等对桩顶复阻抗的影响,得到了各参数对桩振动特性影响的规律。分析表明:桩底刚度系数增大,共振频率增大,且复阻抗的振荡幅值增大。无桩芯土时复阻抗的振荡幅值比桩周桩芯土都存在时大,无桩周土时复阻抗的振荡幅值比无桩芯土时大。桩长增大,桩顶复阻抗的振荡幅值和共振频率均显著减小,当桩长增大到一定长度的时候,增加桩长对桩顶复阻抗基本没有影响。外径增大或内径减小,桩顶复阻抗的振荡幅值增大。

考虑桩土耦合作用时弹性支承桩纵向振动特性分析及应用

从三维轴对称角度对弹性支承桩与均质土耦合作用时的纵向振动特性进行了研究分析。假定桩为竖直弹性均匀截面桩,土为线性粘弹性体,其材料阻尼为滞回阻尼,首先通过对土层进行求解得到其振动位移形式解,然后利用该解并以小应变条件下桩土接触界面位移连续来考虑桩土的耦合作用,来分析基桩的动力反应,研究得到了弹性支承桩在谐和荷载作用下频域响应函数解析解,并利用所得解对土层动力反应特性以及桩土体系的振动特性进行了分析,得到了一些新的结论,最后将该理论解与桩顶实测导纳曲线进行了拟合比较,两者较为一致。

桩与粘性阻尼土耦合纵向振动时桩顶时域响应研究

假设桩周土层为均质粘弹性体 ,土材料阻尼为粘性阻尼 ,从轴对称角度 ,对任意激振力作用下弹性支承桩与土耦合纵向振动时的桩顶时域响应进行了理论研究 ,求得桩顶位移阻抗函数解析解 ,给出半正弦脉冲激振力作用下桩顶速度时域响应半解析解。基于所得解对桩土系统的振动特性进行了分析 ,重点探讨了桩侧土粘性阻尼的特殊影响 ,得到若干新的结论 ,最后将理论解与现场工程桩实测曲线进行了拟合对比 ,表明本文理论结果能够更好地反映客观实际。

饱和土中大直径嵌岩桩纵向振动特性研究

根据B iot饱和土理论和R ay le igh-Love杆理论,计及土层及桩的径向运动影响,导出了考虑横向惯性效应的端承桩与饱和土的纵向耦合振动频域的解析解和时域半解析解,对比了考虑与不考虑横向惯性效应时,大直径嵌岩桩纵向振动引起的土层复阻抗的异同以及桩顶导纳和时域反射的特征。研究表明:长径比越小,横向惯性效应越明显,而泊松比和激振频率对饱和土层阻抗及桩顶响应也有重要影响。通过工程实例对比表明,当桩的长径比较小时,用考虑横向惯性效应的计算方法可以得到更好的拟合效果。